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目的:探讨外源性P21基因转染对体外培养的人视网膜色素上皮(humanretinalpigmentepithelial,hRPE)细胞增殖的抑制作用及作用机制,为治疗增生性玻璃体视网膜病变(PVR)提供新的基因治疗思路。
方法:(1)以含有P21全长序列的质粒pCEP-P21为模板PCR扩增P21cDNA,应用基因重组技术与绿色荧光蛋白(GFP)基因融合,构建以GFP为报告基因的重组表达质粒pEGFP-P21,酶切及序列测定检测插入片段的正确性。(2)hRPE细胞原代和传达培养,传至第三代时,通过细胞爬片,应用抗人细胞角蛋白染色的免疫组织化学方法鉴定培养的细胞。(3)通过脂质体介导将含GFP的重组表达质粒pEGFP-P21转入体外培养的hPRE细胞。以转染相同剂量空载体pEGFP-C1的孔为转染对照组,以未作转染的hRPE细胞为非转染空白对照组。(4)在活细胞状态下用荧光显微镜直接观察pEGFP-P21融合蛋白在细胞中的分布和定位,并检测其在转染后6、12、24、48、72h的转染效率;用Westernblot方法分析P21蛋白的表达。(5)转染72h后应用RT-PCR检测各组RbmRNA的表达;Westernblot方法分析Rb蛋白的表达水平,并分析Rb蛋白的磷酸化情况。(6)免疫组化检测转染后72h各组PCNA(proliferatingcellnuclearantigen,增殖细胞核抗原)的表达情况;流式细胞技术分析细胞周期;细胞生长曲线、MTT法来检测转染后hRPE细胞的增生活性。
结果:(1)酶切产物在琼脂糖凝胶电泳时出现2条带,大小分别为500bp和5Kb,与理论预计相符;重组质粒中P21目的基因片段DNA序列及读码框架完全正确。酶切、DNA测序均证实插入片断的正确性。(2)抗人细胞角蛋白染色的阳性率几乎达100%,成功地在体外原代及传代培养了hRPE细胞。(3)荧光显微镜观察结果显示在转染空载体pEGFP-C1对照组中,细胞内绿色荧光呈弥散分布;转染重组质粒pEGFP-P21组中,绿色荧光在细胞胞浆胞核内都有表达,胞核内表达明显,呈强荧光显示,与P21基因的表达一致;pEGFP-P21在转染后6、12、24、48、72h的转染率分别为3.65±0.88%、11.54±1.26%、26.27±1.39%、40.3±2.63%、32.9±1.86%。(4)Westemblot进一步证实了pEGFP-P21融合基因的表达:融合蛋白在50KD处出现阳性条带,转染对照组的GFP蛋白于29KD处出现阳性条带,而空白对照组未出现特异条带。(5)活细胞计数生长曲线及MTT实验结果可见,hRPE细胞在转染pEGFP-P21后其增殖活性降低(P<0.01),生长曲线平缓;而转染空载体组细胞和空白对照组细胞增殖活性差异无统计学意义(P>0.05)。P21高表达明显抑制hRPE细胞生长,于转染后1、2、3、4、5、6d生长抑制率分别为14.3%、27.3%、33.3%、43.5%、45.1%和42.3%,且第5天抑制率最高。(6)细胞周期分析显示,P21基因转染细胞72小时后G1期和G0细胞由49.65%增至78.63%,S期细胞和G2/M期细胞分别由33.64%减少至11.01%,16.53%减少至10.29%,表现为明显的G0/G1期阻滞,差异有显著性(P<0.01),但未见明显的促调亡作用;转染空载体pEGFP-C1组与空白对照组相比差异无统计学意义(P>0.05)。(7)质粒转染72小时后,Westernblot检测到各组都出现2条蛋白带,1条代表高磷酸化Rb蛋白(115KD),另1条分子量较小的条带为去磷酸化Rb蛋白(105KD)。空白对照组和转染空质粒对照组细胞的Rb蛋白主要以磷酸化形式存在,呈高度磷酸化状态(去磷酸化为20%),二者无显著差异(P>0.05),而转染pEGFP-P21组的hRPE细胞所表达的Rb蛋白主要是去磷酸化Rb蛋白。同两组对照组相比较,转染pEGFP-P21组的去磷酸化比例增加为60%,磷酸化的Rb减少。(8)RT-PCR显示转染pEGFP-P21组RbmRNA表达量低于两组对照组(P<0.05)。
结论:成功构建了pEGFP-P21质粒。hRPE细胞能高效表达pEGFP-P21融合基因,细胞核内表达明显,实现了P21和GFP的共表达,可以利用GFP来指示P21基因的表达及功能定位。P21基因的过度表达可抑制视网膜色素上皮细胞增殖,这一过程不是通过细胞毒性作用来实现的而与增加Rb蛋白去磷酸化水平,调控G1/S期检测点功能有关。